Sản xuất điện tử, PCB và bán dẫn thường yêu cầu môi trường khí được kiểm soát để hạn chế sự tiếp xúc không mong muốn với oxy, hỗ trợ thổi rửa và duy trì điều kiện sản xuất ổn định.
Nitơ được sử dụng rộng rãi cho các mục đích này vì không duy trì sự cháy và tương đối ít phản ứng trong nhiều điều kiện công nghiệp thông thường.
Đối với các cơ sở có nhu cầu nitơ thường xuyên, máy tạo nitơ PSA cho sản xuất điện tử và bán dẫn có thể cung cấp nguồn nitơ tại chỗ từ khí nén. Tuy nhiên, hệ thống phù hợp cần được lựa chọn theo yêu cầu thực tế của quy trình thay vì chỉ dựa trên độ tinh khiết nitơ.
Lưu lượng, áp suất tại điểm sử dụng, độ ẩm, kiểm soát chất nhiễm bẩn, giám sát, khả năng dự phòng và các yêu cầu về chất lượng khí phía sau đều có thể ảnh hưởng đến việc nguồn nitơ có phù hợp với một quy trình cụ thể hay không.
Để có thông tin tổng quan hơn về lĩnh vực này, hãy xem các giải pháp điện tử và sản xuất chính xác của Lingyu và các giải pháp chuyên biệt dành cho sản xuất bán dẫn và PCB.
Tại sao nitơ được sử dụng trong sản xuất điện tử và bán dẫn?
Nitơ có thể giúp tạo môi trường có hàm lượng oxy thấp được kiểm soát xung quanh sản phẩm, thiết bị hoặc một số hoạt động sản xuất.
Mục đích cụ thể có thể khác nhau đáng kể giữa dây chuyền sản xuất SMT, quy trình PCB, hoạt động lắp ráp điện tử và cơ sở sản xuất bán dẫn. Do đó, thông số nitơ cần được xác định theo từng quy trình riêng biệt thay vì áp dụng một mức độ tinh khiết “cấp điện tử” hoặc “cấp bán dẫn” chung.
Nitơ cho hàn reflow và hàn sóng
Một trong những ứng dụng rõ ràng nhất trong sản xuất điện tử là hàn trong môi trường nitơ.
Trong quá trình hàn ở nhiệt độ cao, bề mặt kim loại và vật liệu hàn có thể bị oxy hóa. Giảm lượng oxy xung quanh vùng hàn có thể giúp hạn chế quá trình oxy hóa và hỗ trợ duy trì điều kiện quy trình ổn định hơn.
Do đó, nitơ có thể được sử dụng trong:
- Hàn reflow
- Hàn sóng
- Một số quy trình hàn chọn lọc
- Các hoạt động lắp ráp khác trong môi trường khí được kiểm soát
Lợi ích thực tế đối với quy trình phụ thuộc vào các yếu tố như hợp kim hàn, flux, cài đặt thiết bị, nồng độ oxy, profile nhiệt độ, thiết kế linh kiện và yêu cầu sản xuất.
Do đó, nitơ cần được xem là một biến số của quy trình trong toàn bộ hệ thống hàn thay vì một giải pháp độc lập cho các khuyết tật hàn.
Nitơ cho thổi rửa và môi trường khí được kiểm soát
Các cơ sở điện tử và bán dẫn cũng có thể sử dụng nitơ để thay thế không khí hoặc khí còn dư trong một số thiết bị, đường ống, khoang kín hoặc không gian quy trình.
Các ứng dụng có thể bao gồm:
- Thổi rửa thiết bị
- Thổi rửa đường khí
- Khoang có môi trường khí được kiểm soát
- Làm trơ một số thiết bị quy trình
- Quy trình bảo trì hoặc khởi động
Đặc biệt trong sản xuất bán dẫn, thông số khí có thể khác nhau đáng kể giữa các quy trình.
Một số hoạt động có thể yêu cầu độ tinh khiết và giới hạn chất nhiễm bẩn vượt quá thông số nitơ PSA công nghiệp thông thường. Vì vậy, chủ sở hữu quy trình cần xác định mức oxy, độ ẩm, hạt, hydrocarbon và các chất nhiễm bẩn liên quan khác được phép trước khi lựa chọn hệ thống nitơ.
Nitơ cho linh kiện và vật liệu nhạy cảm
Một số vật liệu điện tử, linh kiện, sản phẩm trung gian hoặc công đoạn sản xuất có thể được hưởng lợi từ việc giảm tiếp xúc với oxy hoặc độ ẩm.
Trong những ứng dụng này, nitơ có thể được sử dụng làm môi trường bảo vệ trong quá trình xử lý, lưu trữ, gia công hoặc đóng gói.
Chất lượng nitơ yêu cầu vẫn phụ thuộc vào sản phẩm và quy trình thực tế. Chỉ một tỷ lệ độ tinh khiết nitơ cao không đủ để xác định tính phù hợp cho mọi ứng dụng điện tử hoặc bán dẫn.
Máy tạo nitơ PSA hoạt động như thế nào?
Máy tạo nitơ của Lingyu sử dụng công nghệ hấp phụ biến thiên áp suất (PSA).
Máy tạo khí sử dụng hai tháp hấp phụ chứa sàng phân tử carbon (CMS).
Khí nén đi vào một tháp, tại đó oxy được CMS ưu tiên hấp phụ trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ dưới dạng khí sản phẩm. Đồng thời, tháp còn lại được giảm áp và tái sinh.
Hai tháp tự động luân phiên dưới sự điều khiển của PLC, cung cấp nitơ liên tục ở độ tinh khiết quy định.
Để tìm hiểu chi tiết hơn, hãy xem cách công nghệ tạo nitơ PSA hoạt động.
Lựa chọn độ tinh khiết nitơ theo quy trình thực tế
Không có một yêu cầu duy nhất về độ tinh khiết nitơ cho tất cả hoạt động sản xuất điện tử hoặc bán dẫn.
Dòng máy tạo nitơ PSA của Lingyu có phạm vi độ tinh khiết nitơ khoảng 95% đến 99,999%, với các cấu hình hiện có bao gồm 99%, 99,5%, 99,9% và 99,99%.
Thông số phù hợp cần dựa trên lượng oxy dư cho phép của quy trình và các giới hạn chất lượng khí khác.
Ví dụ, hoạt động thổi rửa thiết bị thông thường có thể có yêu cầu khác với nitơ sử dụng trong hàn có môi trường khí được kiểm soát hoặc một quy trình sản xuất đặc biệt nhạy cảm.
Do đó, người mua không nên mặc định lựa chọn độ tinh khiết cao nhất hiện có.
Khi nào có thể xem xét nitơ 99,99%?
Có thể xem xét máy tạo nitơ 99,99% khi thông số oxy của quy trình tương thích với mức độ tinh khiết này.
Tuy nhiên, không nên xem 99,99% là yêu cầu chung cho sản xuất bán dẫn.
Việc lựa chọn phù hợp cần xem xét:
- Nồng độ oxy tối đa cho phép
- Lưu lượng nitơ yêu cầu
- Áp suất tại điểm sử dụng
- Yêu cầu về độ ẩm hoặc điểm sương
- Giới hạn chất nhiễm bẩn
- Lịch vận hành
- Yêu cầu về độ tin cậy
Khi cần lượng oxy dư rất thấp
Một số ứng dụng chuyên biệt có thể yêu cầu lượng oxy dư thấp hơn mức mà cấu hình PSA tiêu chuẩn có thể cung cấp một cách kinh tế.
Đối với các ứng dụng này, hệ thống tinh chế khử oxy bằng carbon của Lingyu có thể nâng cấp nitơ PSA khoảng 99,9% lên ≥99,999%, với oxy ≤10 ppm, CO₂ ≤5 ppm và điểm sương nitơ ở áp suất khí quyển ≤−60°C.
Hệ thống tinh chế bổ sung này cần được lựa chọn khi quy trình thực tế yêu cầu.
Để tìm hiểu thêm về các ứng dụng độ tinh khiết cao, hãy xem hướng dẫn về máy tạo nitơ độ tinh khiết cao.
Ngay cả độ tinh khiết nitơ ≥99,999% cũng không tự xác định đầy đủ mọi yêu cầu về chất lượng khí cho tất cả quy trình bán dẫn. Từng ứng dụng có thể còn quy định giới hạn về độ ẩm, hạt, hydrocarbon hoặc các chất nhiễm bẩn khác.
Xác định lưu lượng nitơ theo đặc điểm nhu cầu thực tế
Các cơ sở điện tử có thể có đặc điểm nhu cầu nitơ rất khác nhau.
Một dây chuyền hàn có thể có mức tiêu thụ liên tục tương đối dễ dự đoán, trong khi hoạt động thổi rửa thiết bị hoặc nhiều dây chuyền sản xuất khởi động đồng thời có thể tạo ra các đỉnh nhu cầu tạm thời.
Do đó, việc xác định công suất hệ thống cần xem xét:
- Mức tiêu thụ nitơ trung bình
- Nhu cầu đồng thời tối đa
- Số lượng dây chuyền sản xuất
- Các hoạt động thổi rửa
- Chế độ làm việc theo ca
- Kế hoạch mở rộng trong tương lai
- Công suất dự phòng yêu cầu
Việc xác định công suất chỉ dựa trên mức tiêu thụ trung bình có thể dẫn đến lưu lượng hoặc áp suất không đủ trong thời gian vận hành cực đại.
Do đó, công suất máy tạo khí cần phản ánh cả nhu cầu sản xuất thông thường và các điều kiện cực đại có khả năng xảy ra.
Sử dụng hệ thống lưu trữ đệm để cải thiện độ ổn định nguồn cung
Bình đệm nitơ có thể giúp quản lý sự chênh lệch giữa sản lượng ổn định của máy tạo khí và nhu cầu sản xuất biến động.
Cấu hình hệ thống PSA của Lingyu bao gồm cả thiết bị đệm khí nén và bình đệm nitơ, cùng với thiết bị phân tích nitơ/oxy và các bộ phận điều khiển áp suất.
Trong thời gian nhu cầu thấp hơn, máy tạo khí có thể bổ sung lượng nitơ lưu trữ. Khi xuất hiện đỉnh nhu cầu ngắn hạn, bình đệm có thể bổ sung sản lượng của máy tạo khí và giúp ổn định áp suất cấp phía sau.
Thể tích lưu trữ phù hợp cần được tính toán dựa trên:
- Công suất máy tạo khí
- Mức tiêu thụ cực đại
- Thời gian duy trì đỉnh
- Áp suất lưu trữ
- Áp suất tối thiểu chấp nhận được tại điểm sử dụng
Hệ thống lưu trữ đệm cần bổ trợ cho việc xác định công suất máy tạo khí phù hợp thay vì bù đắp cho một máy tạo nitơ có công suất quá nhỏ.
Phân biệt áp suất khí cấp PSA với áp suất tại điểm sử dụng
Áp suất nitơ tại thiết bị sản xuất thực tế là một thông số quan trọng khác khi lựa chọn hệ thống.
Hệ thống PSA tiêu chuẩn của Lingyu sử dụng áp suất khí nén đầu vào 0,5–0,8 MPa.
Đây là áp suất khí cấp đi vào máy tạo nitơ. Không nên hiểu đây là áp suất nitơ tự động có sẵn tại thiết bị hàn, thiết bị quy trình hoặc các điểm sử dụng phía sau khác.
Hệ thống phân phối cần tính đến:
- Chiều dài đường ống
- Bộ điều áp
- Bộ lọc
- Van
- Lưu lượng đồng thời
- Tổn thất áp suất phân phối
Nếu một ứng dụng cụ thể yêu cầu áp suất khác, có thể cần hệ thống điều áp, lưu trữ hoặc tăng áp phù hợp ở phía sau.
Chất lượng khí nén là một phần của thiết kế hệ thống nitơ
Tạo nitơ PSA phụ thuộc vào khí nén được xử lý phù hợp.
Độ ẩm, dầu và hạt nhiễm bẩn có thể ảnh hưởng đến bộ lọc, van khí nén, CMS, thiết bị phân tích và hiệu suất dài hạn của hệ thống.
Đối với các cơ sở điện tử và bán dẫn, nơi việc kiểm soát chất nhiễm bẩn có thể đặc biệt quan trọng, hệ thống khí nén phía trước cần được đánh giá cùng với máy tạo nitơ.
Dòng bộ lọc của Lingyu bao gồm các cấp lọc AO, AA, AX và than hoạt tính cho những yêu cầu xử lý khác nhau.
Tùy theo cấu hình xử lý yêu cầu, bộ lọc khí nén chính xác có thể là một phần của hệ thống tiền xử lý PSA.
Một hệ thống hoàn chỉnh có thể được bố trí như sau:
Máy nén → bình chứa khí → máy sấy → hệ thống lọc → máy tạo PSA → bình đệm nitơ → thiết bị phân tích → hệ thống phân phối
Cấp độ lọc và sấy yêu cầu cần được xác định dựa trên cả yêu cầu của máy tạo khí và thông số kỹ thuật của quy trình sản xuất phía sau.
Xác định điểm sương nitơ riêng biệt với độ tinh khiết
Độ tinh khiết và độ khô của nitơ là hai thông số khác nhau.
Hệ thống PSA tiêu chuẩn của Lingyu cung cấp điểm sương nitơ ≤−40°C trong các điều kiện vận hành được quy định.
Không nên tự động xem giá trị này là đủ cho mọi quy trình bán dẫn.
Khi độ ẩm là yếu tố quan trọng, điểm sương yêu cầu cần được quy định riêng theo yêu cầu thực tế của quy trình hoặc thiết bị.
Điều này đặc biệt quan trọng vì việc lựa chọn tỷ lệ độ tinh khiết nitơ cao không tự động đảm bảo rằng yêu cầu cụ thể về độ ẩm phía sau cũng đã được đáp ứng.
Giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ
Đối với sản xuất liên tục, người vận hành cần biết nguồn nitơ có duy trì trong phạm vi vận hành yêu cầu hay không.
Thiết kế PSA của Lingyu cung cấp khả năng giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực.
Màn hình cảm ứng hiển thị áp suất, độ tinh khiết, lưu lượng và trạng thái vận hành hệ thống.
Hệ thống cũng cung cấp cảnh báo nitơ không đạt thông số. Nếu độ tinh khiết duy trì dưới giá trị quy định trong khoảng thời gian cài đặt trước, hệ thống có thể tự động dừng để bảo vệ.
Đối với các quy trình sản xuất quan trọng, dự án cũng cần xác định cách tích hợp tín hiệu từ thiết bị phân tích, cảnh báo, liên động và nguồn khí dự phòng với hệ thống điều khiển của nhà máy.
Lập kế hoạch độ tin cậy và khả năng dự phòng theo rủi ro sản xuất
Các cơ sở điện tử và bán dẫn có thể vận hành theo lịch sản xuất dài, khiến khả năng sẵn sàng của hệ thống nitơ trở thành một yếu tố quan trọng.
Mức độ dự phòng yêu cầu cần phụ thuộc vào hậu quả của việc mất nguồn cung nitơ.
Các biện pháp có thể bao gồm:
- Lưu trữ đệm nitơ
- Nguồn nitơ dự phòng
- Công suất máy tạo khí dự phòng
- Thiết bị quan trọng có dự phòng
- Chiến lược bảo trì theo kế hoạch
Không phải mọi dây chuyền sản xuất đều cần cùng một mức độ dự phòng.
Dự án cần phân biệt giữa các điểm sử dụng nitơ không quan trọng và các quy trình mà việc gián đoạn nitơ có thể làm dừng sản xuất hoặc ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng và tổng chi phí vận hành
Tạo nitơ PSA tại chỗ có thể giảm sự phụ thuộc vào bình khí hoặc nguồn nitơ lỏng số lượng lớn được giao từ bên ngoài, nhưng lợi ích tài chính phụ thuộc vào từng cơ sở.
Các yếu tố kinh tế quan trọng bao gồm:
- Mức tiêu thụ nitơ
- Độ tinh khiết yêu cầu
- Nhu cầu khí nén
- Hiệu suất máy nén
- Chi phí điện
- Số giờ vận hành
- Tổn thất trong hệ thống xử lý khí
- Bảo trì
- Hệ thống lưu trữ
- Nguồn cung dự phòng
Quy trình cân bằng áp suất không đồng đều được tối ưu hóa của Lingyu có thể gián tiếp giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng khoảng 5%.
Mức tiết kiệm thực tế so với nguồn nitơ được giao từ bên ngoài vẫn phụ thuộc vào điều kiện vận hành và chi phí cụ thể tại cơ sở.
Để có phân tích chi phí tổng quát hơn, hãy xem hướng dẫn về chi phí và ROI của máy tạo nitơ.
Danh sách kiểm tra chính khi lựa chọn
Trước khi lựa chọn máy tạo nitơ PSA cho sản xuất điện tử hoặc bán dẫn, cần xác định:
- Độ tinh khiết nitơ yêu cầu hoặc lượng oxy dư tối đa
- Các giới hạn chất nhiễm bẩn khác
- Lưu lượng trung bình và cực đại
- Áp suất tại điểm sử dụng
- Điểm sương nitơ yêu cầu
- Áp suất và chất lượng khí nén hiện có
- Số lượng điểm sử dụng nitơ
- Số giờ vận hành sản xuất
- Yêu cầu về hệ thống lưu trữ đệm
- Yêu cầu về khả năng dự phòng
- Yêu cầu đối với thiết bị phân tích và hệ thống điều khiển
- Mức tăng công suất dự kiến trong tương lai
Để có khung kỹ thuật tổng quát hơn, hãy xem hướng dẫn lựa chọn máy tạo nitơ PSA.
Yêu cầu về MES, SCADA và giám sát từ xa
Khi cần giám sát từ xa hoặc tích hợp dữ liệu ở cấp nhà máy, các yêu cầu về truyền thông cần được xác định trong quá trình thiết kế kỹ thuật dự án.
Thông số kỹ thuật của dự án cần xác định các yêu cầu như:
- Giao diện truyền thông
- Các điểm dữ liệu yêu cầu
- Giao thức truyền thông
- Tín hiệu cảnh báo
- Yêu cầu giám sát từ xa
- Quyền điều khiển
Các chức năng này cần được xác nhận đối với cấu hình thiết bị thực tế được cung cấp thay vì mặc định rằng chúng có sẵn trong mọi hệ thống máy tạo nitơ tiêu chuẩn.
Kết luận
Máy tạo nitơ PSA cho sản xuất điện tử và bán dẫn có thể cung cấp nguồn nitơ tại chỗ cho hàn trong môi trường khí được kiểm soát, thổi rửa, làm trơ, hỗ trợ thiết bị và các quy trình khác có yêu cầu kiểm soát oxy xác định.
Quyết định lựa chọn quan trọng không chỉ đơn giản là chọn độ tinh khiết nitơ cao nhất hiện có.
Một hệ thống đáng tin cậy cần cân bằng:
Thông số khí của quy trình → độ tinh khiết và oxy dư → lưu lượng → áp suất tại điểm sử dụng → kiểm soát độ ẩm và chất nhiễm bẩn → xử lý khí nén → lưu trữ đệm → giám sát → khả năng dự phòng.
Khi những yêu cầu này được xác định rõ ràng và xem xét như một hệ thống thống nhất, công nghệ tạo nitơ PSA có thể cung cấp nguồn nitơ ổn định và có thể kiểm soát cho nhiều ứng dụng sản xuất điện tử và một số ứng dụng bán dẫn.
Có thể xem các thiết bị hiện có trong dòng máy tạo nitơ của Lingyu.
